金属热处理是通过一系列加热、保温、冷却使金属内部组织结构发生改变,以获得不同组织性能,从而适用于不同工业生产中的工艺要求[4]。其中:
将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺成为退火。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力,并为零件最终热处理准备合适的内部组织。
正火是将刚材或钢件加热到Ac1或Acm以上适当温度,保温适当时间后在空气中冷却,得到珠光体类组织的热处理工艺。正火的目的是获得一定的硬度、细化晶粒,并获得比较均匀的组织和性能。
把钢加热到临界点Ac1或Acm以上,保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却,以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体的热处理工艺方法称为淬火[6]。
淬火的目的是为了提高工具、渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性;结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能;此外,还有一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能,如提高磁钢的磁性,不锈钢淬火以消除第二相,从而改善其耐蚀性等。
回火的目的是减或消除淬火应力,提高韧性和塑形,获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合,以满足不同工件的性能要求。
其中,淬火是热处理过程中最重要的工序,根据上述淬火的含义,实现淬火过程的必要条件是加热温度必须高于临界点以上(亚共析钢Ac3,过共析钢Ac1),以获得奥氏体组织,其后的冷却速度必须大于临界冷却速度,而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体,后者是淬火的本质。
1.2.1 淬火加热方式
淬火一般是最终热处理工序,因此,应采用保护气氛加热或真空加热,只有一些毛坯或棒料的调质处理(淬火、高温回火)可以在普通空气介质中加热。
1.2.2 淬火加热温度
钢的淬火加热温度主要由钢的化学成分和所要求的淬火组织来确定。淬火组织应是细小的马氏体,残余奥氏体尽可能少,不能残存未溶的先共析铁素体。这主要是根据钢的相变点来确定的,根据图2.1,对亚共析钢,一般选用淬火加热温度为Ac3+(30~50℃),过共析钢则为Ac1+(30~50℃)。之所以这样确定,因为对亚共析钢来说,若加热温度低于Ac3,则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成,淬火冷却后铁素体保存下来,使得零件淬火后硬度不均匀,强度和硬度降低。比Ac3点高30~50℃是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到Ac3点以上的温度,铁素体能完全溶解于奥氏体中,奥氏体成分比较均匀而奥氏体晶粒又不至于粗大。在实际生产中,加热温度的选择要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限,当装炉量较多,欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限;若工件形状复杂,变形要求严格等要采用温度下限[5]。
图2.1 碳钢淬火加热温度范围
1.2.3 淬火保温时间
淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度,并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间,因此,淬火加热时间包括升温和保温两段时间。一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。
在具体生产条件下,淬火加热时间常用经验公式计算,通过试验最终确定。常用经验公式
τ=α•K•D (2.1) 40Cr钢亚温淬火工艺参数对组织的影响(3):http://www.751com.cn/cailiao/lunwen_62484.html